使用δ/σ轉(zhuǎn)換的電容式接近檢測(cè)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用Δ/Σ轉(zhuǎn)換的電容式接近檢測(cè)
[0001]相關(guān)專(zhuān)利串請(qǐng)案
[0002]本申請(qǐng)案主張2013年6月12日申請(qǐng)且出于所有目的而特此以引用的方式并入本文中的共同擁有的第61/834，236號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及接近檢測(cè)，且特定來(lái)說(shuō)涉及使用Δ/Σ轉(zhuǎn)換的電容式接近檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0004]電容式接近檢測(cè)需要電容值的非常高分辨率轉(zhuǎn)換(>10至12個(gè)位)。使用現(xiàn)有電容觸摸解決方案的基于接近的檢測(cè)系統(tǒng)需要重復(fù)的測(cè)量、平均結(jié)果及因此高處理時(shí)間額外開(kāi)銷(xiāo)，這些不適合于低電力應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，需要一種低電力、高分辨率電容改變檢測(cè)系統(tǒng)、方法及設(shè)備。電容改變可為物體接近于電容式傳感器的結(jié)果。
[0006]根據(jù)一實(shí)施例，一種接近檢測(cè)系統(tǒng)可包括:比較器，其具有第一輸入及第二輸入以及輸出，其中所述第二輸入可與參考電壓親合且所述第一輸入可與保持電容器親合；電容式傳感器；切換器，其用于將所述電容式傳感器交替地耦合到電壓及所述保持電容器；時(shí)鐘，其具有輸出；觸發(fā)器，其具有與所述比較器的所述輸出耦合的輸入、耦合到所述時(shí)鐘的所述輸出的時(shí)鐘輸入，及輸出；反饋電阻器，其耦合于所述觸發(fā)器的所述輸出與所述比較器的所述第一輸入之間；工作循環(huán)計(jì)數(shù)器，其具有耦合到所述時(shí)鐘的所述輸出的時(shí)鐘輸入、復(fù)位輸入、耦合到所述觸發(fā)器的所述輸出的啟用輸入，及用于提供所計(jì)數(shù)的時(shí)鐘輸出的數(shù)目的輸出，其中所述工作循環(huán)計(jì)數(shù)器僅在其所述啟用輸入可處于第一邏輯電平時(shí)計(jì)數(shù)所述時(shí)鐘輸出；及電路，其用于每當(dāng)所述觸發(fā)器的所述輸出從第二邏輯電平變?yōu)樗龅谝贿壿嬰娖綍r(shí)控制所述切換器；其中可使用所計(jì)數(shù)的時(shí)鐘輸出的所述數(shù)目來(lái)確定物體到所述電容式傳感器的接近。
[0007]根據(jù)又一實(shí)施例，可提供具有耦合到所述時(shí)鐘的所述輸出的時(shí)鐘輸入、復(fù)位/啟用輸入及進(jìn)位輸出的周期計(jì)數(shù)器，其中所述周期計(jì)數(shù)器確定測(cè)量時(shí)間周期。根據(jù)又一實(shí)施例，可使用所述工作循環(huán)計(jì)數(shù)器及所述周期計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值來(lái)確定取決于所述電容式傳感器的電容值的工作循環(huán)。根據(jù)又一實(shí)施例，所述工作循環(huán)可為所述工作循環(huán)計(jì)數(shù)器中的所述計(jì)數(shù)值除以所述周期計(jì)數(shù)器中的所述計(jì)數(shù)值。根據(jù)又一實(shí)施例，數(shù)字處理器與存儲(chǔ)器可耦合到所述時(shí)鐘以及所述工作循環(huán)計(jì)數(shù)器及所述周期計(jì)數(shù)器，其中所述數(shù)字處理器從所述工作循環(huán)計(jì)數(shù)器及所述周期計(jì)數(shù)器讀取所述計(jì)數(shù)值，且從其確定與所述電容式傳感器的電容值有關(guān)的工作循環(huán)。根據(jù)又一實(shí)施例，與所述電容式傳感器的電容值有關(guān)的所述工作循環(huán)可存儲(chǔ)于所述數(shù)字處理器存儲(chǔ)器中且經(jīng)比較以確定工作循環(huán)改變是否指示接近于所述電容式傳感器的物體的檢測(cè)。
[0008]根據(jù)又一實(shí)施例，所述周期計(jì)數(shù)器的所述進(jìn)位輸出產(chǎn)生到所述數(shù)字處理器的中斷信號(hào)。根據(jù)又一實(shí)施例，耦合到所述電容式傳感器的所述電壓可處于邏輯高。根據(jù)又一實(shí)施例，耦合到所述電容式傳感器的所述電壓可處于邏輯低。根據(jù)又一實(shí)施例，輸出驅(qū)動(dòng)器可具有耦合所述數(shù)字處理器的輸入及耦合到所述切換器的輸出，其中針對(duì)循序工作循環(huán)周期，耦合到所述電容式傳感器的所述電壓在邏輯高與邏輯低之間交替。根據(jù)又一實(shí)施例，微控制器包括所述數(shù)字處理器與存儲(chǔ)器、所述比較器、所述時(shí)鐘、所述觸發(fā)器、所述反饋電阻器、所述工作循環(huán)計(jì)數(shù)器、所述周期計(jì)數(shù)器、所述切換器及所述用于控制所述切換器的電路。根據(jù)又一實(shí)施例，可用電流源及電流槽來(lái)替換所述反饋電阻器。根據(jù)又一實(shí)施例，所述反饋電阻器的電阻值可以可編程方式調(diào)整。根據(jù)又一實(shí)施例，所述保持電容器的電容值可以可編程方式調(diào)整。
[0009]根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于檢測(cè)接近于電容式傳感器的物體的方法可包括以下步驟:將電容式傳感器充電到第電壓；將所述經(jīng)充電電容式傳感器與保持電容器并聯(lián)耦合；用電壓比較器將所述經(jīng)并聯(lián)連接的電容式傳感器及保持電容器上的所得電壓與參考電壓進(jìn)行比較，其中:如果所述所得電壓可大于所述參考電壓，那么將所述保持電容器部分地放電到較低電壓，且如果所述所得電壓可小于所述參考電壓，那么將所述保持電容器部分地充電到較高電壓并將一個(gè)計(jì)數(shù)加到工作循環(huán)計(jì)數(shù)器；將一個(gè)計(jì)數(shù)加到周期計(jì)數(shù)器；返回到所述將所述電容式傳感器充電到所述第一電壓的步驟。
[0010]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，可包括以下步驟:存儲(chǔ)多個(gè)工作循環(huán)周期計(jì)數(shù)；及從所述多個(gè)工作循環(huán)計(jì)數(shù)除以所述多個(gè)周期計(jì)數(shù)中的相應(yīng)者計(jì)算工作循環(huán)。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，可包括從所述工作循環(huán)確定所述電容式傳感器的電容值的改變的步驟。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，可包括從所述工作循環(huán)確定物體到所述電容式傳感器的接近的步驟。
[0011]根據(jù)再一實(shí)施例，一種用于檢測(cè)接近于電容式傳感器的物體的方法可包括以下步驟:將電容的放電；將所述經(jīng)放電電容式傳感器與保持電容器并聯(lián)耦合；用電壓比較器將所述經(jīng)并聯(lián)連接的電容式傳感器及保持電容器上的所得電壓與參考電壓進(jìn)行比較，其中:如果所述所得電壓可小于所述參考電壓，那么將所述保持電容器部分地充電到較高電壓，且如果所述所得電壓可大于所述參考電壓，那么將所述保持電容器部分地放電到較高電壓并將一個(gè)計(jì)數(shù)加到工作循環(huán)計(jì)數(shù)器；將一個(gè)計(jì)數(shù)加到周期計(jì)數(shù)器；返回到所述將所述電容式傳感器充電到所述第一電壓的步驟。
[0012]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，可包括以下步驟:存儲(chǔ)多個(gè)工作循環(huán)周期計(jì)數(shù)；及從所述多個(gè)工作循環(huán)計(jì)數(shù)除以所述多個(gè)周期計(jì)數(shù)中的相應(yīng)者計(jì)算工作循環(huán)。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，可包括從所述工作循環(huán)確定所述電容式傳感器的電容值的改變的步驟。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，可包括從所述工作循環(huán)確定物體到所述電容式傳感器的接近的步驟。
[0013]根據(jù)又一實(shí)施例，一種用于接近檢測(cè)的設(shè)備可包括:比較器，其具有第一輸入及第二輸入以及輸出，其中所述第二輸入可與參考電壓親合且所述第一輸入可與保持電容器親合；切換器，其適于將電容式傳感器交替地耦合到電壓及所述保持電容器；時(shí)鐘，其具有輸出；觸發(fā)器，其具有與所述比較器的所述輸出耦合的輸入、耦合到所述時(shí)鐘的所述輸出的時(shí)鐘輸入，及輸出；反饋電阻器，其耦合于所述觸發(fā)器的所述輸出與所述比較器的所述第一輸入之間；工作循環(huán)計(jì)數(shù)器，其具有耦合到所述時(shí)鐘的所述輸出的時(shí)鐘輸入、復(fù)位輸入、耦合到所述觸發(fā)器的所述輸出的啟用輸入，及用于提供所計(jì)數(shù)的時(shí)鐘輸出的數(shù)目的輸出，其中所述工作循環(huán)計(jì)數(shù)器僅在其所述啟用輸入可處于第一邏輯電平時(shí)計(jì)數(shù)所述時(shí)鐘輸出；及電路，其用于每當(dāng)所述觸發(fā)器的所述輸出從第二邏輯電平變?yōu)樗龅谝贿壿嬰娖綍r(shí)控制所述切換器。
[0014]根據(jù)又一實(shí)施例，可使用所計(jì)數(shù)的時(shí)鐘輸出的所述數(shù)目來(lái)確定物體到所述電容式傳感器的接近。根據(jù)又一實(shí)施例，可使用所計(jì)數(shù)的時(shí)鐘輸出的所述數(shù)目來(lái)確定所述電容式傳感器的電容值的改變。根據(jù)又一實(shí)施例，可用電流源及電流槽來(lái)替換所述反饋電阻器。根據(jù)又一實(shí)施例，所述反饋電阻器的電阻值可以可編程方式調(diào)整。根據(jù)又一實(shí)施例，所述保持電容器的電容值可以可編程方式調(diào)整。
[0015]根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于接近檢測(cè)的設(shè)備可包括:電壓求和器，其具有第一輸入及第二輸入以及輸出；切換器，其適于將電容式傳感器交替地耦合到電壓及所述電壓求和器的所述第一輸入；時(shí)鐘，其具有輸出，其中在每一時(shí)鐘脈沖處，所述切換器將所述電容式傳感器短暫地耦合到所述電壓，接著耦合回到所述電壓求和器的所述第一輸入；電壓參考，其具有參考電壓輸出；運(yùn)算放大器，其具有耦合到所述電壓求和器的輸出的第一輸入及耦合到所述電壓參考的所述輸出的第二輸入；積分電容器，其耦合于所述運(yùn)算放大器的所述第一輸入與其輸出之間；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其具有耦合到所述的所述輸出的輸入，其中所述ADC將所述運(yùn)算放大器輸出轉(zhuǎn)換為其多位數(shù)字表示；數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其具有耦合到所述ADC的輸入且將來(lái)自所述ADC的所述多位數(shù)字表示轉(zhuǎn)換為耦合到所述電壓求和器的所述第二輸入的模擬反饋電壓；抽取濾波器，其具有耦合到來(lái)自所述ADC的所述多位數(shù)字表示的輸入；及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，其耦合到所述抽取濾波器，其中所述DSP確定物體何時(shí)可接近于所述電容式傳感器。根據(jù)又一實(shí)施例，可用來(lái)自所述時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖使所述ADC、所述DAC及所述抽取濾波器同步在一起。
【附圖說(shuō)明】
[0016]可通過(guò)參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下說(shuō)明獲取對(duì)本發(fā)明的更完整理解，附圖中:
[0017]圖1圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)例性實(shí)施例包括電容式傳感器及Δ/Σ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容式接近檢測(cè)系統(tǒng)的示意性框圖；
[0018]圖2圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例性實(shí)施例包括電容式傳感器及Δ/Σ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容式接近檢測(cè)系統(tǒng)的示意性框圖；
[0019]圖2A圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的再一特定實(shí)例性實(shí)施例包括電容式傳感器及Δ/Σ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容式接近檢測(cè)系統(tǒng)的示意性框圖；
[0020]圖3圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)例性實(shí)施例的電容式接近檢測(cè)系統(tǒng)的操作的不意性時(shí)序圖；
[0021 ]圖4及5圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)例性實(shí)施例的電容式接近檢測(cè)系統(tǒng)的操作的示意性過(guò)程流程圖；及
[0022]圖6圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的又一特定